[와우! 과학] 보이지 않는 원자…빛 방출 순간 포착

우리 눈에 보이지 않는 조그만 원자 하나를 포착한 사진 한 장이 공개돼 눈길을 끈다.

영국 공학및물리과학연구위원회(EPSRC)는 12일(현지시간) ‘제5회 영국 국가 과학사진 공모전’에서 ‘이온 트랩에 걸린 단일 원자’(Single Atom in an Ion Trap)라는 이름의 이 작품이 전체 부문 대상을 차지했다고 발표했다.

영국 옥스퍼드 대학생 데이비드 나들링거가 출품한 이 작품은 전기장과 자기장을 조합해 하전입자를 포착하는 장치 ‘이온 트랩’에서 스트론튬 원자가 작게나마 빛을 내는 모습을 담고 있다.



양전하를 띤 이 원자는 레이저 냉각 방식으로 절대 영도에 가까운 상태이며, 2㎜밖에 안 되는 2개의 바늘 틈 사이에 형성된 전자기장 속에 갇혀 있다. 거기에 청자색 레이저광을 조사하면 원자가 에너지를 흡수해 빛으로 다시 방출하게 된다. 그 순간을 디지털 SLR 카메라(캐논 EOS 5D Mark III)와 렌즈(캐논 EF 50㎜ f/1.8)를 사용해 장시간 노출로 촬영한 것이 바로 이 사진이다.

즉 원래 원자는 너무 작아 맨눈이나 일반 카메라로 볼 수 없지만, 이런 방법으로 원자를 고정해 빛을 방출시킴으로써 눈에 보이게 해 그 존재를 입증한 것이다.

원자를 고정하는 기술은 앞으로 실현이 기대되는 양자 컴퓨터의 소음 문제를 해결하기 위해 원자를 쌓아 벽을 만드는 방법으로 활용될 것으로 기대된다.

공모전은 ‘장비와 시설’(Equipment & Facilities), ‘유레카와 발견’(Eureka & Discovery), ‘사람과 기술’(People & Skills), ‘혁신’(Innovation), ‘기묘하거나 멋지거나’(Weird & Wonderful) 등 총 5개 부문에서 각각 최우수상을 뽑는데 이번 작품은 ‘장비와 시설’ 부문에서 1등을 차지했다.

다음은 이번 작품 이외 각 부문 수상작이다.

◆ 유레카와 발견 : ‘주방 저편에…’(In a kitchen far, far away…)



주방 싱크대 안에 있는 비누 거품 위에 생긴 패턴을 촬영한 사진이다. 사진 속 두 가지 색상은 윤활제와 음료 같은 물질에서 거품이 어떻게 형성돼 작용하는지 물리 현상을 나타낸다. 작품명은 영화 ‘스타워즈’ 시리즈의 시작 부분에 나오는 ‘아주 먼 옛날 은하계 저편에…(a long time ago in a galaxy far, far away…)를 흉내낸 것이다.

◆ 혁신 : ‘약물을 전달하는 미세 기포’(Microbubble for drug delivery)



약물을 포함한 나노 크기의 리포솜으로 코팅한 미크론 크기의 기포다. 치료용으로 미세 기포의 활용을 탐구하고 종양 등 질환 표적에 대한 약제의 전달을 개선한다.

◆ 사람과 기술 : ‘조지4세 다리 위에 스파이더맨: 에든버러의 혼잡한 거리에서 뇌파기록장치(EEG)를 시험 중인 나이 든 자원봉사자’(Spiderman on George IV Bridge : EEG testing with an older volunteer on a busy Edinburgh street)



스코틀랜드 수도 에든버러 시내에 있는 조지4세 다리 위에서 두뇌활동을 기록하는 뇌파기록장치(EEG) 헤드셋을 착용하고 다니는 한 남성 자원봉사자의 모습이다. 연구팀은 바쁜 도로에서 조용한 공원까지 다양한 야외 도시 환경에 대한 고령자의 신경 반응을 측정하기 위해 EEG를 사용했다.

◆ 기묘하거나 멋지거나 : ‘색상을 담아내기 위한 자연 속 나노 크기의 그물’(Nature‘s Nanosized Net for Capturing Colour)



나비의 날개에서 태양 광선을 가둬 다양한 색상 배열을 만들어 내는 나노 크기의 구조물을 촬영한 사진이다.

사진=EPSRC

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr